操作系统|4K对齐选8,2048和4098扇区数有多大区别(实测告诉你)

来自http://bbs.zol.com.cn/diybbs/d231_815414.html

无意中在论坛看到一篇有关SSD 4K对齐的帖子,说的是为何都是4K对齐,性能却存在很大的差距?最后作者得到的结论是,使用512簇、1024簇、2048簇会使得SSD的成绩下降。因为SSD使用的是全新的硬盘文件系统,所以按照老旧的文件系统运行,会降低效率。这种说法是很有道理的。不过对于win7及其以上操作体系统的用户而言,其实用不着为512簇、1024簇、2048簇这些问题纠结,因为现在的硬盘分区软件,在新建分区时,默认都是4096簇,除非你专门手动更改簇的大小。今天要讨论的是,不是簇大小对SSD的性能影响,而是扇区数大小对SSD的影响,这个在SSD实际使用中更加常见。因为之前在网上看到不少说法,有人说“4K(8)扇区对齐”才能正真发挥出SSD的性能。有人说微软推荐的是4096扇区对齐。有人说如果使用的是win7,8之类的操作系统,用2048扇区对齐就可以了。还有人说64位操作系统应当用4096扇区对齐,32位操作系统才用2048扇区对齐。到底那种说法更有道理呢?还是用实测来说明吧。



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网上对4K对齐时,选择扇区数大小的一些看法。



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测试用的硬盘为宇瞻AS710 128G SSD,这款产品使用的是SandForce SF-2241VB2主控芯片,Apacer闪存,128G的容量,有四个闪存颗粒。


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这款产品拥有二个接口,既可以通过SATA3(6Gbps)接口当SSD硬盘,又可以通过USB接口当USB3.0移动硬盘。此次测试使用的是SATA3(6Gbps)接口。


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操作系统使用的是win7 64位旗舰版。虽然现在win10已经正式发布,不过对于软件的支持,还是win7更好一些,相信win7系统是一时半会不会被淘汰的。


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使用DiskGenius软件进行4K对齐时,需要选择扇区数。


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在默认设置下,DiskGenius无法实现4K扇区对齐(注意此4K是指扇区8),最小只能实现32K对齐,即起始扇区64。



一:4K(8扇区)对齐
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DiskGenius默认建立分区时,占用1+62个扇区,即主引导扇区+保留扇区。4K对齐,就要将分区起始位置建立在默认的保留扇区里。要8扇区数对齐,必须设置为起始柱面0,磁头0,扇区9。


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使用AS SSD Benchmark软件,可以看到此时硬盘的对齐参数为4K,也就是8扇区对齐。


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Anvil's Storage Utilities软件测试后的得分。



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PCMark7软件测试后的得分。


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PCMark8软件测试后的得分。



二:1024K(2048扇区)对齐
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接下来选择1024K(2048扇区)对齐,这个对齐数是最常见的,一般软件的默认对齐,就是这个扇区数值。


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通过AS SSD Benchmark软件,可以看到此时硬盘的对齐参数为1024K,也就是2048扇区对齐。测试得分要比8扇区对齐时高一些。


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Anvil's Storage Utilities软件测试的得分,也要比8扇区对齐时要高。
【操作系统|4K对齐选8,2048和4098扇区数有多大区别(实测告诉你)】

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PCMark7软件测试后的得分同样要比8扇区对齐时高一些。


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PCMark8软件测试的得分,在2048扇区对齐下与8扇区对齐下是一样的。不过写入速度却不同,2048扇区对齐下为143.82MB/s,8扇区对齐下为144.43MB/s,差距不是很大。



三:2048K(4096扇区)对齐
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最后选择2048K(4096扇区)对齐,也是DiskGenius软件在4K对齐时,可选择的最大扇区数。



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通过AS SSD Benchmark软件,可以看到此时硬盘的对齐参数为2048K,也就是4096扇区对齐。测试得分要比8扇区,2048扇区对齐时高不少。


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后来通过多次测试,在4096扇区对齐时,AS SSD Benchmark软件的得分基本上还在400左右,再没有达到500左右。仅仅只有这么一次较高的得分,其它测试得分都没什么变化,感觉是软件误差。


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Anvil's Storage Utilities软件测试的得分,要比8扇区对齐时的分数要高,但低于2048扇区对齐时的分数。


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PCMark7软件测试后的得分,也是要比8扇区对齐时的分数高一些,但低于2048扇区对齐时的分数。


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PCMark8软件测试的得分,在4096扇区对齐时,要低于2048扇区对齐与8扇区对齐时的分数。写入速度也低于2048扇区对齐与8扇区对齐时的分数,不过差距不是很大。


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从图表的对比不难发现,在使用win7 64操作系统时,SSD使用2048扇区对齐,它的性能表现是最好的。




最后再先做一下知识普及。其实这些知识,都是我在网上搜的,只是做一下汇总,估计有不正确的地方,欢迎大家指出。

什么是簇?
最开始从WIN98一直到WIN XP,都是机械硬盘的天下,容量有限。而且绝大多数机械硬盘默认扇区都是512K大小。分区的时候有一个东西叫做物理存储单元,俗称簇。分区的时候可以指定这个大小。这个簇不是硬盘的物理结构,而是使用方法。
这个簇很有意思,一个簇只能容纳一个文件,但是一个簇可以包含多个扇区,当时流行小簇,因为小簇不“浪费”磁盘。 打个比方,比如我的簇是10K,文件是25K,我需要保存这个文件需要占用3个簇; 那如果簇是5K,那么我想保存该数据,需要使用5个磁盘扇区单元。显得磁盘利用率更高。
那这么看来,是不是簇越小越好呢?不是!因为一个簇是一个磁盘最小的管理存储单元,如果一个文件读了4个单元和400个单元,你觉得哪个更快呢? 而且目前大容量硬盘已经不在乎那几K了,簇这个东西没必要太小。



簇和扇区有什么区别?
簇和扇区不是属于一个范畴。簇是系统在硬盘上读写文件时的单位,是一个数据块。而扇区是硬盘划分的最小单位值,就是簇(数据块)占用的地方。
簇的大小大于扇区的大小。硬盘每簇的扇区数与硬盘的总容量大小有关。扇区是存储介质上可由硬件寻址的基本单位,x86系统几乎总是定义512字节的扇区大小;簇是许多文件系统格式使用的可寻址数据块,簇的大小总是扇区大小的整数倍,且不同文件系统对于不同大小的卷(分区)会有不同的默认簇大小,比如FAT32对于8GB以下的分区,默认簇大小为4KB,对于8GB~16GB的分区,默认簇大小为16个扇区(8KB),NTFS对于大于2GB的分区,默认簇大小为8个扇区(4KB)。
打个比方,你(系统)要在仓库(仓库可视为硬盘)里存放一些书(数据)。你先把书分门别类放到一些大纸箱(簇)里,然后放进仓库,纸箱的体积是根据你仓库大小来决定的,而仓库始终划分成单位为0.1m?的小格子(扇区),仓库大了,纸箱就大些,仓库小了,纸箱就小些。



存储器中说的块、页、簇、扇区对应的关系是什么?
简单的说,就是块可以包含若干页,页可以包含若干簇,簇可以包含若干扇区。这里“若干”一般是二的方次。例如:一簇等于128扇区,一页等于64簇,一块等于4页,那么一块就等于4x64x128扇区。




什么是4K?
绝大多数的机械硬盘默认是512字节的扇区,采用的是DRAM作为存储介质; 而机械硬盘,无论是SLC颗粒还是MLC颗粒,都属于NAND闪存存储单元。 这种硬盘的扇区是4K,这就是4K的由来!
由于win98和win xp大多数采用FAT格式。 这种格式具备32位、16位磁盘格式相互兼容所以被大多数朋友采纳作为系统盘。 但是到了Vista时代,已经不需要16位的DOS了,所以全部采用了纯32位的NTFS格式,NTFS格式也升级到了第五代。 其实XP时代就有NTFS,虽然这种格式性能更高更安全,但是兼容性差,所以一直不作为系统分区,一般作为存储分区。
NTFS格式有一个特性,那就是起始簇的位置!
NTFS分区起始位置不是从0开始,而是从LBA63开始,就是第六十三个扇区开始开始存储。
而且NFTS默认认为扇区是512字节大小,而不是智能调节到第六十三个扇区。
这样问题就来了,63个扇区×512字节=31.5K,也就是说,磁盘的前31.5K是不能被使用的。
使用机械硬盘就算了,使用固态硬盘,存储第一个字,也需要占用31.5K-35.5K之间的磁盘扇区。
最过分的是这样子排列下去,恰好每到一个扇区的4K位置,就会造成一个数据存2个扇区的情况。
而且这样排列,只要到了那个能被4K整除的位置就100%占用了2个扇区,哪怕只写一个字。
固态硬盘无论是MLC还是SLC,都是有写入读取次数的,这样极大的损伤了性能和寿命。 而且,增加了读取次数。 这个时候无论簇是多大,都会造成性能和空间的浪费。
所以这个问题就叫做4K!


什么是4K对齐?
硬盘分区的时候有一个东西叫做物理存储单元,俗称簇。分区的时候可以指定这个大小。这个簇不是硬盘的物理结构,而是使用方法。随着时代发展,硬盘容量不断扩展,使得之前定义的每个扇区512字节不再是那么的合理,于是将每个扇区512字节改为每个扇区4096 个字节,也就是现在常说的“4K扇区”。随着NTFS成为了标准的硬盘文件系统,其文件系统的默认分配单元大小(簇)也是4096字节,为了使簇与扇区相对应,即使物理硬盘分区与计算机使用的逻辑分区对齐,保证硬盘读写效率,所以,有了“4K对齐”的概念。传统硬盘的每个扇区固定是512字节,新标准的"4K扇区"的硬盘,硬盘厂商为了保证与操作系统兼容性,也将扇区模拟成512B扇区,这时就会有4K扇区和4K簇不对齐的情况发生。所以就要用“4K对齐的方式,将硬盘模拟扇区对齐成“4k扇区”。“4K对齐”就是将硬盘扇区对齐到8的整数倍个模拟扇区,即512B*8=4096B,4096字节即是4K。所以只要是8的倍数都是4K对齐了。

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